9 月份一批35K 材料, 冷鐓後造成毛坯開裂. 經過一系列檢測, 發現在開裂裂口附近, 夾雜物成片, 成串分布, 夾雜物大小, 數量超過了標準範圍要求, 嚴重影響了材料的連續性, 一致性. 冷鐓時, 在外力與內部缺陷的共同作用下, 造成產品開裂.
造成冷鐓產品開裂的原因多種多樣:
材料的中碳及合金元素的增加, 原材料硬度及強度比較高會引起產品開裂;
原材料材料組織狀況比較差, 存在材料偏析, 退火組織不良, 給產品冷鐓變形增加難度, 增加了引起產品開裂的可能性;
緊韌體形狀複雜程度的增加, 也會給變形帶來一定的難度, 也增加了產品開裂的風險;
此外, 設備, 模具不匹配, 產品開裂的可能性會增大;
其中材料中夾雜物增多, 夾雜物個體增大, 超過標準等級範圍要求, 是造成冷鐓開裂的最重要原因之一.
一, 螺母開裂狀況:
公司在2015年9月進來的一批35K 材料, 在冷鐓凸緣螺母毛坯時, 產品產生開裂, 模具消耗量比較大, 儘管開裂的毛坯在3% 左右的比例, 但是給公司的生產帶來了不少麻煩. 不但毛坯出現開裂現象, 少量漏網的螺母經過各道工序加工, 在產品成品後, 發現少量開裂螺母, 給公司帶來不少麻煩. (毛坯開裂見圖一A, 螺母開裂見圖一B).
毛坯開裂影響到產品的質量和成品率;沒有挑出的開裂螺母不但給下道工序帶來麻煩, 而且一些開裂的螺母沒有挑出(見圖一B), 發給用戶, 給產品質量帶來很大的隱患, 直接影響公司的聲譽, 開裂螺母必須在成品出廠前全部排除, 否則流出公司會後患無窮.
二, 常規檢測分析:
1. 成分分析:
從材料成分來看, 這批線材符合35K 材料的成分要求.
2. 硬度分析:
公司線材原材料硬度平均值為HRB84.3, 符合硬度平均值≤ HRB85 的公司規範要求;螺母坯硬度的平均值為HRB98.2, 達到硬度平均值≤ HRB100 的技術規範要求.
3. 材料組織的金相圖片.
從圖二退火的金相組織的圖片來看, 組織中珠光體比較細小, 分散, 均勻, 剩餘相鐵素體組織沒有成片, 成塊的出現, 是比較理想的退火組織, 級別評定為退火組織五級, 原材料組織正常.
三, 裂紋分析:
1. 宏觀分析:
個別凸緣螺母開裂情況比較嚴重, 毛坯開裂從緣口開始, 開口處間隙很大, 形成喇叭口, 裂紋從凸緣邊口一直裂到凸緣底邊內圓.
2. 裂口金相分析:
裂紋狀態分析:
(1)從圖四開裂毛坯裂紋依次劃分為A, B, C, D 四個區域;將四個區域左轉90°, 放大後成分各個區域, 夾雜物分布及形狀可以看得比較清楚.
(2)從圖四開裂毛坯裂紋的放大圖可以看出: 沿裂開螺紋邊線, 可以看到沿線不整齊, 存在許多坑坑窪窪, 呈現出來不規則的缺口, 曲線;缺口形狀為不規則的半圓及弧線, 都是夾雜物形成的.
(3)這些斑點是材料中夾雜物密集分布的區域, 是材料夾雜物集中區域, 材料的塑性下降, 連續性被打破, 在外力增加形態下, 夾雜物集中區域, 受不了產品變形時巨大的變形擠壓力, 夾雜物集中沿線的區域首先撕裂, 造成裂紋, 許多成串區域, 形成坑坑窪窪的曲線, 導致毛坯開裂. 夾雜物集中的區域是原材料薄弱環節, 是形成裂紋的區域.
(4)從上面圖四中裂紋各個分段分區域分析(見圖五):
① 圖五A 圖中, 可以看到沿斷裂線, 形成不規則曲線及弧形線, 裂紋邊際線下面緊密地分布一串夾雜物.
② 圖五B 圖裂紋線二邊, 夾雜物串聯排列, 裂紋沿線坑坑窪窪程度更加嚴重, 右邊裂紋線彎曲程度尤其明顯, 右邊裂紋線下面的夾雜物分布更加密集.
③ 圖五C 兩邊裂紋線不整齊, 不規則的, 裂紋線條坑坑窪窪, 曲折程度非常嚴重, 其中裂紋線中有橢圓形狀的彎口和樹枝狀丫口, 是典型的夾雜物連續分布的區域.
④ 圖五D 接C 區的下方, 形狀類似圖五C, 夾雜物連續分布的雜亂無章, 並且有分支狀出現.
(5)分析小結:
鋼中非金屬夾雜物多, 形狀怪, 分布密集, 尺寸大, 分布成串, 而且夾雜物樹支狀, 與十二碼狀形成串連成片, 是造成緊韌體冷鐓開裂的一個主要的原因.
尤其是非金屬夾雜物中D 類(球狀氧化物), Ds(單顆球狀氧化物)夾雜物, 密集分布, 雜亂無章, 成串珠連狀, 阻斷了原材料的一致性, 連續性, 使材料內部組織產生阻斷, 塑性下降;破壞了材料應有的連續性, 在外力作用下, 容易產生裡應外合的作用, 造成產品斷裂現象;而且夾雜物距線材表面近, 危害性極大;在冷鐓技術標準中, 要求各類夾雜物;B 類, D 類夾雜物2 級以內;Ds 夾雜物的級別一般控制不大於2 級的標準, 這樣不但可以減少冷鐓開裂的風險, 而且還可以減少熱處理淬火裂縫的可能性, 達到產生預防性開裂的效果.
目前, 開裂產品夾雜物分布密集度程度類似於D 類, 同時, 顆粒大小卻超過了Ds 類, 這是標準不允許存在的, 這樣材料的連續性嚴重阻斷, 以致造成冷鐓時開裂. 從上面圖片可以清晰地看到裂口周圍夾雜物密集, 斷口坑坑窪窪, 驗證了由超標的夾雜物在冷鐓外力下造成產品開裂情形.
再看夾雜物的大小: 左圖六1 裂紋收口區域明顯存在大顆粒的夾雜物, 對圖片中8 個明顯的夾雜物進行了具體的測量, 夾雜物直徑大小分別為: (1)35.20μm;(2)55.46μm ;(3)60.98 μm;
(4)32.94μm;(5) 長: 111.24μm 寬: 44.68μm ;(6) 長: 124.42μm寬: 51.64 μm;(7)52.27μm ;(8)85.39μm . 具體見右圖六B2. 其中最大的夾雜物: 長: 124.42μm 寬: 51.64 μm;最小的夾雜物也達到: 32.94μm.
按照GB/T10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定 標準評級圖顯微檢驗法》單個夾雜物最高等級3 級, 夾雜物最大直徑為76μm, 圖六2(5) 111.24μm, (6)124.42μm, (8)85.39μm, 全部超過標準中最高級別3 級的要求;最小的夾雜物為32.94μm, 也達到2 級標準;而且分布密集程度也超過D 類(球狀氧化物)夾雜物的標準要求.
3. 同一批開裂螺母製造後的成品:
(1)成品開裂螺母形狀: 同一批材料, 在螺母冷鐓後沒有挑出的螺母坯, 經過調質, 表面處理後, 裂紋擴展了(見圖七).
(2)開裂螺母金相組織(見圖八):
按照調質組織評級要求(GB/T13320——2007), 儘管存在裂紋, 但是調質後的組織狀況良好, 基本上是回火曲氏體+回火曲氏體組織中剩餘相——鐵素體組織, 分布均勻, 細小, 沒有大塊, 成片存在. 總體而言, 組織狀態良好, 按調質組評級為二級, 組織比較理想. 說明材料成分及其他工藝沒有問題.
(3)調質後成品硬度: 平均值達到HRC29.1, 達到10 級螺母的標準, 而且硬度是在下偏差的範圍, 按理來說產品開裂可能性小(見下面表格).
(4)同一批開裂成品螺母的裂紋及夾雜物狀況(圖九):
漏網毛坯成品後開裂的螺母, 低倍組織裂紋中的夾雜物, 同樣存在夾雜物分布淩亂, 數量多, 顆粒大的狀況, 而且開裂部分集中分布;同時可以看到在裂縫區域存在不規則的許多圓弧, 半圓(如圖九);其餘區域夾雜物斑點很多, 與冷鐓毛坯開裂狀況如出一轍.
四, 分析結論:
1. 裂紋是由材料不良引起的, 主要是材料中夾雜物分布面廣, 顆粒大, 分布密集, 均超過了技術要求的標準.
2. 這些斑點是材料中夾雜物密集分布的區域, 夾雜物集中區域的材料, 打破了材料本來固有的一致性, 連續性, 材料可塑性嚴重下降, 當外力增加形態下, 夾雜物集中區域, 接受不了產品變形時巨大的擠壓力, 在夾雜物沿線連續性破壞, 應力集中分布區域——材料的薄弱環節, 首先撕裂, 形成成品開裂現象.
3. 材料中超標的夾雜物是造成開裂的原因.
參考文獻
1, GB/T13320——2007《鋼質模鍛件金相組織評級圖及評定方法》
2, GB/T10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定 標準評級圖顯微
檢驗法》◆
作者: 金蜘蛛緊韌體網顧問專家 閻振中, 上海底特精密緊韌體有限公司 程平
本文原刊登於第44期金蜘蛛《緊韌體》季刊
▲ 長按識別二維碼, 下載最新《緊韌體》季刊電子版.
本文為金蜘蛛緊韌體網專稿, 轉載請註明來源.